Tiny materials, big questions: How green is nanotechnology?

这个故事最初出现在Ensia。

近年来，努力开发下一个大事件 - 无论是在医学，计算机技术，污染防治和高性能材料 - 已经转向一些非常，非常小的事情：纳米材料。

在纳米尺度上工作 - 这可能意味着近原子尺度，与物质比蚂蚁的长度短一万次，一千倍更薄比人的头发 - 能够创建可的方式，否则执行任务的新材料的能力也许是不可能的。

但它也带来了新的问题和相关的了解环境和人类健康的影响的挑战，因为在纳米尺度上，物质往往采取化学，生物和物理特性，否则他们可能没有和行为中，他们可能不会在常规尺寸的方式。

纳米简而言之

While definitions differ, nanomaterials typically measure in at a length, width, height or diameter of about 1 to 100 nanometers — 1 to 100 billionths of a meter. They take advantage of the physical, chemical and other characteristics substances exhibit at this minuscule size.

在纳米尺度，材料可具有不同的沸点，磁特性和光学特性（颜色，荧光或transparency). They can conduct electricity or permeate and interact with living cells and other materials in ways they do not at larger sizes.

而仅仅是因为他们是如此之小，纳米材料能够在方式和地方移动的 - 无论是在环境或人体 - 更大的化合物不能。这是因为这些特殊的性能，纳米材料被用于许多应用程序开发的。

Not long ago the subject of science fiction (Michael Crichton’s“纳米机器人”例如），纳米材料可在物品繁多找到。一些被用来制作极强而轻质的建筑材料，有效地存储能量，解毒污染物或建立抗菌表面。其他被用来提供药物治疗，以单个细胞，检测有害的细菌或建立生产计算机芯片的新途径和新semiconductors.

农业美国能源部正在研究纳米技术如何被用于检测家禽病原体和正在探索纳米材料可能被添加到食用的食物，Bosoon公园，在美国国家家禽研究中心首席科学家。利用纳米技术检测有害细菌，Park说，显著可以减少它需要确定一个爆发的源头时间。

Because they are so small, nanomaterials are capable of moving in ways and to places — whether in the environment or the human body — larger compounds cannot.

在另一应用中，研究人员在加拿大正在利用纳米颗粒的表观能力，以除去由高持续性的，有毒的烃化合物油砂废水。

更现实的例子，其中一些属性正在被利用，以控制气味的衣服，如袜子和内衣，以防止在塑料食品包装容器，儿童毛绒动物微生物，并且使防晒霜消失更容易地进入你的皮肤。

每天和正在使用纳米材料更专业的产品不胜枚举：自行车，化妆品，个人护理产品和家用电器以及电子，飞机和汽车零件和药品。一个数据库（PDF）已经登录含有纳米银作为抗菌剂400多个消费产品 - 只是在产品中使用的市场上有许多纳米材料之一。其中有牙膏，宠物和婴儿毛毯，毛刷和吸尘器。

“纳米技术已经是无孔不入。这不是一个研究幻想了，”丽莎Friedersdorf，美国的副主任国家纳米技术协调办公室。

小东西，大问题

Nanotechnology is often referred to as an "emerging" technology, and we are a long way from fully understanding its toxicology and environmental impacts. But the same traits that make nanomaterials so uniquely useful also raise serious questions about their interaction with the environment, wildlife, our food supply and human bodies.

由于加州圣巴巴拉大学纳米技术中心的社会指出，“这些新的纳米技术对社会形成许多不确定因素。可能伴随它们的使用在很大程度上是未知[和可能]很难预料的风险。”

Some studies show that袜子与纳米银可释放出银他们洗的时候治疗。其他人认为，纳米银可从被释放塑料, including those used infood containers。Testing commissioned by the食物安全中心发现二氧化钛纳米粒子在众多的食品，包括奶酪，巧克力，糖果和蛋黄酱。

一种美白剂，二氧化钛，被批准用于在常规尺寸在食物中使用。美国食品和药物管理局，联邦机构批准的食品添加剂，说我们还没有充分了解在纳米工程材料无需特别批准使用它们。

其中，纳米级二氧化钛被发现的食品制造商表示，这些颗粒不被特别设计或添加，但与常规尺寸的无意中发生。但由于这些颗粒是如此之小，人们担心他们可能行为方式比他们大的表兄弟毒性更大。眼下欧洲化学品部门正在考虑如何二氧化钛的致癌性分类 - 包括其纳米形式 - 一商议，可能会导致其在消费类产品的限制。

一些研究人员正在研究生态系统如何可能，如果纳米银进入土壤和水中的泥沙产品在结束后的影响废物流。还有人发现，plants can absorb nanosilver微量的，如果它是存在于土壤中。由于美国环境保护局解释在其网站上，评估的纳米材料的毒性“是困难的，因为它们具有独特的化学性质，高反应性，并且在液体不溶解”的，因为现有的测试“可能无法正常工作测试纳米材料的安全性。”

在明尼苏达双城和威斯康星大学密尔沃基分校大学的研究人员与工作Center for Sustainable Nanotechnology正在探索纳米材料是否会影响基因表达。其目的是了解“亚致死”的曝光会如何设置阶段为以后的健康问题。由于纳米材料的能力穿透细胞，这显得尤为重要。

“大约有毒性大的问题，”帕克说。

There is also concern that, given their size, nanomaterials can穿透皮肤和细胞in ways larger materials cannot. Numerous studies have been looking atthese effectsas a result of occupational exposure, environmental exposure and exposure to consumer products containing nanomaterials. One recent study has found工程碳纳米管在孩子的肺部，，显然存在于其他空气污染物的混合物颗粒。

这些微小的管状粒子构成的，因为其穿透肺组织造成呼吸系统问题能力的担忧。其他研究已经注意到碳纳米管相似性石棉纤维，研究人员正在调查，如果这些纳米材料可以以同样的方式影响肺组织石棉确实 - 导致瘢痕和炎症，可导致肺癌，间皮瘤和石棉。

风险：未知

添加到理解这些产品的生命周期影响固有的挑战是，它们含有纳米材料和产品的泛滥似乎超过了这些产品的任何系统的编目或标签。简单地说，我们不知道确切位置以及它们如何被使用。

这意味着，除了不能完全理解纳米材料的危害，曝光的风险也还没有很好的理解。

"Until we understand what realistic environmental concentrations [of nanomaterials] are likely to be, we don’t really know what the impacts are,” said University of California, Santa Barbara, Bren School of Environmental Science & Management doctoral candidate Kendra Garner, who is studying ways ofmeasuring nanomaterials’ environmental effects, including developing a special statistical model that will help with these estimations.

"It’s very complicated," said Garner. "There are not really techniques at this point to measure nanomaterials in situ in the environment."

即使研究人员能够采取样品“由你到他们可能已经改变了，因为他们是如此的反应实验室的时候，”加纳说。“这是更难弄清楚他们来自何处。”

当考虑纳米材料的潜在环境和健康的影响，国家纳米技术计划副主任丽莎Friedersdorf说明白，这是非常重要的“在极少数的应用程序是你谈论单独的纳米颗粒。”相反，她解释说，他们更经常“系统的一部分。”

直到我们明白现实环境浓度[纳米材料]可能是，我们真的不知道影响是什么。

While a particular nanomaterial might not pose concerns in a finished consumer product, it might still have "worker implications" during manufacturing.在电子产品，例如，“纳米部件可能是电线是真的很小或有是在纳米尺度特征的晶体管，”她解释说。

同样的事情是，有污迹或泥耐超疏水涂层的真实 - 材料在纳米尺度使用的化合物，使创建所需的性能纹理。有，但是，一些应用程序中单独的纳米颗粒进行工作 - 在医学上，例如，在那里他们可以用来在家里对单个细胞是否作为诊断工具或药物。

But as Center for Food Safety senior policy analyst Jaydee Hanson observed, while a particular nanomaterial might not pose concerns in a finished consumer product, it might still have "worker implications" during manufacturing.

知识差距满足法规鸿沟

由于proliferation of nanomaterials continues and scientists try to get a handle on their potential human and environmental health effects, regulators are facing their own challenge: How to manage materials that don’t behave like those that existing chemicals policies were designed to deal with.

欧盟已要求标签的使用抗菌药物以及化妆品中纳米材料since 2013。Under its new“新食品”法规，欧盟也需要在食品中使用工程纳米材料的事先批准，并可能需要特殊的标签，如果“不推荐用于某些弱势群体”的食物，如婴儿，儿童或孕妇。

美国，而另一方面，有没有任何形式的标签要求，指定产品含有纳米材料。In fact, the U.S. federal agencies that oversee chemical ingredient safety — primarily the EPA and the U.S. Food and Drug Administration — treat nanomaterials as they would any other new chemical, on a case-by-case basis rather than singling them out for special scrutiny of any kind because of their size.

简单地说，我们不知道有足够的了解纳米材料知道标准的健康和安全的措施是有效的。This, said Hanson, can pose problems, because it means using regulatory "tools to do jobs they weren’t necessarily intended to do."

例如，由于纳米粒子非常小和较大的颗粒表现如此不同，设备，按说将被用于清理因吸入颗粒室内溢出或保护工人并不一定对他们的工作。同样，纳米材料的尺寸意味着它们不能被视为其他环境污染物可能会在污染防治方面。

与此同时，有关化学品将如何表现一旦产品的假设并不一定适用于纳米材料。目前，“对缺乏环境健康和安全数据（PDF）的日益关注，”环保局说。

Simply put, we don’t know enough about nanomaterials to know if standard health and safety measures will be effective or if we’re asking the right questions about these new materials to make sure they will be used safely.

推动监督

缺乏需要这些材料的标签或其他房源的规定也意味着美国是没有的含有纳米材料的产品有任何官方的库存。目前，最全面的catalogin terms of product categories is one compiled by the项目在新兴纳米技术皮尤慈善信托基金会和伍德罗·威尔逊国际中心的联合倡议。

Another database of products containing nanomaterials recently was launched by the食物安全中心并侧重于食品和食品接触的产品。在这两个库存中列出的一些产品为他们的纳米技术的明确要求 - 如碳纳米纤维材料在运动装备或用作衣物或食品容器的抗菌剂，纳米银 - 但别人不一样。

“这使得一个混乱的局面对于消费者来说，”说威尔逊中心科技创新计划资深研究员托德·库伊肯。并表示库伊肯，它很可能是一个公司可能不知道在其产品中使用，因为它可能有购买的成分或可能不会被公开其专有的配方或技术的全部细节等组成的纳米技术的细节。这也增加了难度理解这些产品的潜在的环境和健康的影响。

Environmental and consumer advocates say the EPA is not keeping close enough tabs on how nanomaterials are being used.

例如，食物安全中心，除了杀虫剂，清洁生产行动，环境健康中心和其他团体提起诉讼，控告该机构要求其规范纳米银的所有使用，因为它会杀虫剂或其他化学抗菌剂。根据现行法规，环保局负责授予的，使抗菌材料索赔批准。

如果制造商明确食品续说ainers will "kill germs" or its fabric treatment will "destroy microbes," these products are supposed to be registered with and individually approved by the EPA. But, claim the groups involved in the lawsuit, when it comes to products containing nanosilver, the EPA has failed to adequately enforce these regulations, allowing products containing nanosilver — but not making specific germ-killing claims — to be sold without EPA approval.

这是非常可能的是，公司可能不知道在其产品中使用的纳米技术的细节。

The U.S. Consumer Product Safety Commission has been taking a hard look at some consumer products containing nanomaterials.早在2008年，这些小组提交了一份请愿书的法律与美国环保署要求它采取这样的行动。六年后，环保局未能回应 - 所以在2014年12月，该集团起诉美国环保局既为EPA未能回应他们的请愿书，并再次要求环保局全面调节纳米银作为一种农药。

InMarch (PDF)美国环保局认为，意图杀​​死微生物纳米银销售的产品不符合农药。但是它拒绝了这些团体的请求，自动考虑所有纳米银产品作为杀虫剂 - 包括那些没有作出明确germ-或杀死细菌的索赔。

与此同时，然而，自2011年作为国家纳米技术计划的一部分 -funded at $1.6 billion在2016年联邦预算 - 美国消费者产品安全委员会已采取在含有纳米材料的一些消费产品很难看。

与其他联邦机构，包括EPA，FDA和美国国家职业安全和健康，美国消费品安全委员会一直致力于开发各种消费产品评估纳米粒子在空气中可能释放的途径 - 其中包括喷雾剂，运动器材和产品可能对特殊风险的儿童。

And while there doesn’t appear to be any federal move afoot to require labeling of nanomaterials in products sold in the U.S., the Environmental Working Group has launched an initiative involving personal care products and cosmetics asking manufacturers to add product toxicity details to the information visible to consumers either in stores, on packages or online.

公司是住宿计划了一年也将被要求披露在标签上成分的方式，与欧盟要求的符合 - 其中包括公开使用纳米材料。人们希望，这将有助于创造消费者的需求为其他公司效仿。对于成分公开的这种压力导致状态的通路chemical reportingand GMO labeling laws.

"We call it ‘move the marketplace,’" said EWG’s deputy director of research, Nneka Leiba.

这已经推动环保局的纳米银产品更严格的监督组也推了其他纳米材料，包括用于塑料开发出了纳米二氧化硅化合物的审查机构，食物安全中心的汉森说。

The bottom line

那么，什么是纳米技术对人类健康和环境的影响的底线？

Essentially, we don’t yet know. On the one hand, nanotechnology applications offer many promising solutions, whether in pollution prevention, medicine, water treatment, electronic and energy production or countless other areas. On the other hand, much science is emerging to suggest these materials present potential environmental and health hazards. And right now nanomaterials are not being fully catalogued, monitored or regulated, which only adds to the challenges of understanding their environmental impacts.

换句话说，非常，非常小的技术的应用仍携带其中一些非常，非常大的问题，这些材料被使用，我们它们是如何表现，哪些需要做些什么来保护自己，防止意外撞击地球的其他部分和暴露。